PT1463678E - Extraction, drainage and transport of petroleum coke - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIÇÃODESCRIPTION
Extracção, drenagem e transporte de coque de petróleo 0 presente invento refere-se a um sistema de extracção de coque de petróleo das câmaras de coquefacção através de tapetes transportadores de drenagem em aço.The present invention relates to a system for extracting petroleum coke from coker chambers through steel drainage conveyors.
Actualmente, nalgumas instalações, o coque de petróleo produzido nas refinarias é retirado das torres de coquefacção através de um processo húmido que utiliza a água como fluido de transporte. Uma breve descrição do processo actual explicará melhor este procedimento. 0 coque é produzido em reactores cilíndricos adequados nos quais ocorrem, devido à temperatura, reacções térmicas de craqueamento, das quais se obtém a produção de hidrocarbonetos leves (gasolina, gasóleo, petróleo e gás) e de coque são obtidos. Os hidrocarbonetos leves na forma de gás são retirados do topo da câmara de reacção, enquanto o coque, que é um subproduto do processo, permanece dentro da câmara, comprimindo de baixo para cima. Quando esta fase termina, a extracção de coque da câmara de reacção prossegue. Em primeiro lugar, é necessário arrefecer o coque com água, enchendo gradualmente toda a câmara, inundando, assim, todo o material dentro dela. Logo que a fase de enchimento tenha terminado, começa a fase de extracção, que tem mais interesse para as simplificações que este invento tenta conseguir.Currently, in some installations, petroleum coke produced at refineries is withdrawn from the coking towers by a humid process which uses water as the transport fluid. A brief description of the current process will explain this procedure better. The coke is produced in suitable cylindrical reactors in which, due to temperature, thermal cracking reactions, from which the production of light hydrocarbons (gasoline, gas oil, oil and gas) and coke are obtained, are obtained. Light hydrocarbons in the form of gas are withdrawn from the top of the reaction chamber, while the coke, which is a by-product of the process, remains inside the chamber, compressing from the bottom up. When this phase is complete, the extraction of coke from the reaction chamber proceeds. First, it is necessary to cool the coke with water, gradually filling the whole chamber, thus flooding all the material inside it. As soon as the filling phase has ended, the extraction step begins, which is more interesting for the simplifications that this invention attempts to achieve.
Após a abertura da câmara, é executada a fase de corte da água removendo a flange da sua parte inferior. Do topo da câmara é introduzida uma broca com água a alta pressão equipada com bicos laterais e verticais. Durante um primeiro passo, o alargamento do furo central é feito através da utilização de 1 bicos verticais. No passo seguinte, o coque é cortado gradualmente de cima para baixo usando os bicos laterais e, graças ao furo aberto anteriormente, o coque pode correr para baixo em direcção ao fundo, e sair da câmara. A fase de corte ou de descarbonização é uma fase delicada, porque uma velocidade excessiva poderia provocar uma grande queda de material que poderia inundar o triturador em baixo, criando assim algumas pontes por cima do mesmo triturador. Este último é constituído, normalmente, por dois rolos. 0 caudal da água de corte é de cerca de 200 m3/h a 180 - 200 bar. A mistura de água / coque proveniente da câmara de coquefacção cai para o fundo e é descarregada num triturador que reduz o coque para uma dimensão tal que possa ser transportado hidraulicamente através de bombas. A ligação do triturador às câmaras de coquefacção é feita com cilindros telescópicos que têm a função de manter a dita mistura de modo a evitar o espalhamento do material nas zonas circundantes.After opening the chamber, the water cutting step is performed by removing the flange from its bottom. From the top of the chamber is introduced a drill with high pressure water equipped with lateral and vertical nozzles. During a first step, the enlargement of the central bore is done through the use of 1 vertical nozzles. In the next step, the coke is gradually cut from top to bottom using the side nozzles and, thanks to the hole previously opened, the coke can run down towards the bottom, and exit the chamber. The phase of cutting or decarbonising is a delicate phase because an excessive speed could cause a large drop of material which could flood the crusher down, thereby creating some bridges above the same crusher. The latter usually consists of two rollers. The flow rate of the cutting water is about 200 m3 / h at 180-200 bar. The water / coke mixture from the coker chamber falls to the bottom and is discharged into a shredder which reduces the coke to a size such that it can be hydraulically transported by pumps. The connection of the crusher to the coker chambers is made with telescopic cylinders which have the function of maintaining said mixture in order to avoid spreading the material in the surrounding areas.
Por baixo do triturador existe uma calha que transporta toda a mistura para uma bacia de recolha da qual a mistura é por seu lado bombeada para algumas grandes torres de contenção chamadas "hydrobins" (depósito de drenagem) que têm a função de separar a parte sólida do coque da água.Beneath the crusher is a trough that carries the entire mixture into a collection basin from which the mixture is in turn pumped to some large containment towers called " hydrobins " (drainage tank) which have the function of separating the solid part of the coke from the water.
Depois desta separação, o coque é extraído dos "hydrobins" através de tapetes de borracha e é guardado no parque de armazenamento do carvão de onde é recolhido posteriormente para ser usado na central térmica.After this separation, the coke is extracted from the " hydrobins " through rubber mats and is stored in the coal storage park from which it is later collected for use in the thermal power plant.
Actualmente, estes processos têm vários aspectos negativos relacionados com: 2 • Impacto ambiental, principalmente no que diz respeito a poeiras ligadas com o armazenamento de coque e o transporte subsequente para os silos das caldeiras. • Elevados curso de processamento. Os procedimentos são muito complexos. • Problemas de colmatação durante a fase de extracção devido ao triturador. 0 objectivo do presente invento consiste em eliminar os inconvenientes do estado da técnica conhecido.At present, these processes have several negative aspects related to: 2 • Environmental impact, especially with regard to dust associated with coke storage and subsequent transport to the boiler silos. • High processing course. The procedures are very complex. • Clogging problems during the extraction phase due to the crusher. The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the known state of the art.
Assim, o objectivo do invento consiste em modificar radicalmente todo o processo através da eliminação de todos os aspectos negativos mencionados anteriormente.Thus, the aim of the invention is to radically modify the entire process by eliminating all of the negative aspects mentioned above.
Deve dizer-se que alguns dos processos, como será clarificado de seguida, são válidos mesmo se retirados da sua integração no processo de extracção e de transporte do coque de petróleo das torres de coquefacção. 0 novo processo de extracção e o transporte subsequente é conseguido através de um tapete de drenagem, que cumpre, em simultâneo, as funções de extracção e de drenagem de água da mistura de água / coque descarregada das torres de coquefacção, e substitui, assim, a fase de transporte hidráulico e a fase seguinte de separação da coque / água nos "hydrobins".It should be noted that some of the processes, as will be clarified below, are valid even if removed from their integration in the process of extracting and transporting petroleum coke from the coking towers. The new extraction process and the subsequent transport is achieved through a drainage mat, which simultaneously performs the water extraction / draining functions of the water / coke mixture discharged from the coking towers, the hydraulic transport phase and the subsequent phase of coke / water separation in " hydrobins ".
Uma breve descrição do processo proposto permitirá um melhor entendimento das vantagens que oferece. 0 dito processo diz respeito apenas à parte a jusante das torres de coquefacção da instalação, e não inclui, por isso, o processo dentro da própria torre.A brief description of the proposed process will allow a better understanding of the advantages it offers. Said process concerns only the downstream part of the installation coking towers, and does not therefore include the process within the tower itself.
Na descrição seguinte será feita uma representação preferida do sistema do invento, de uma forma explicativa mas não limitativa, e com referência aos desenhos anexos em que: 3 A figura 1 é um esquema do sistema; e A figura 2 é um detalhe do dispositivo de drenagem e de extracção.In the following description, a preferred embodiment of the system of the invention will be given, in an explanatory but non-limiting way, and with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 is a scheme of the system; and Figure 2 is a detail of the drainage and extraction device.
Assim, por baixo da torre de coquefacção, em vez da tremonha e do triturador se deslocarem num carril, é colocado um pré-triturador que também se desloca num carril, e por baixo existe um tapete que é colocado em funcionamento quando a fase de descarbonização de qualquer uma das torres é executada. 0 equipamento inovador que forma o novo processo está realçado na figura 1. 0 tapete transportador 2 está ligado às torres de coquefacção 7, em primeiro lugar por meio de uma tremonha 1 que tem a função de recolher e drenar o material potencialmente em excesso proveniente da torre, e então com um pré-triturador 4 que reduz a dimensão do coque para uma tal dimensão que evita problemas durante a fase de transporte seguinte, e subsequentemente com uma ligação cilíndrica la tendo a função de ligar o triturador à flange da torre de coquefacção durante a fase de corte. A ligação cilíndrica la entre a câmara de coquefacção 7 e o triturador 4 está fixa no mesmo triturador e é do tipo telescópica controlada por pistões hidráulicos. 0 cilindro é vedado na flange inferior da torre através de um vedante insuflável. Isto impossibilita as fugas laterais. Quando a descarga começa, o tapete transportador 2 desloca-se para a frente com uma velocidade tal de modo a garantir uma capacidade de remoção superior ao output do material que cai da torre de coquefacção. 0 tapete está equipado com furos de drenagem cónicos adequados (não ilustrados) que permitem que a fase aquosa cruze as placas do tapete transportador e caiam no canal de recolha inferior 8. 0 4 coque transportado pelo tapete 2 é recolhido num tapete de drenagem adicional 3 que tem a função de drenar a água residual, e o tapete 3 descarrega o coque sólido num tapete em borracha 5 que transporta o coque em direcção aos silos de armazenagem. Toda a água de recolha 8 segue posteriormente para o sistema de filtragem 6 que separa a água do coque, que, por seu lado, é recirculado 6a num dos tapetes de drenagem.Thus, underneath the coking tower, instead of the hopper and the shredder moving in a rail, a pre-shredder is placed which also moves in a rail, and underneath there is a mat which is put into operation when the decarbonising phase of any of the towers is executed. The innovative equipment forming the new process is highlighted in figure 1. The conveyor belt 2 is connected to the coking towers 7, firstly by means of a hopper 1 which has the function of collecting and draining the potentially excess material from the tower, and then with a pre-crusher 4 which reduces the size of the coke to such a dimension that it avoids problems during the next transport phase, and subsequently with a cylindrical connection therein having the function of connecting the crusher to the flange of the coking tower during the cutting phase. The cylindrical connection 1 between the coking chamber 7 and the crusher 4 is fixed in the same crusher and is of the telescopic type controlled by hydraulic pistons. The cylinder is sealed to the lower flange of the tower through an inflatable seal. This prevents lateral leakage. As the discharge begins, the conveyor belt 2 moves forward with such a speed as to ensure a greater removal capacity of the material falling from the coker tower. The carpet is equipped with suitable conical drain holes (not shown) which allow the aqueous phase to cross the conveyor belt plates and fall into the lower pick-up channel 8. Coke conveyed by the carpet 2 is collected on an additional drainage carpet 3 which has the function of draining the waste water, and the carpet 3 discharges the solid coke into a rubber mat 5 which carries the coke towards the storage silos. All of the collection water 8 then proceeds to the filtration system 6 which separates the water from the coke, which in turn is recirculated 6a in one of the drainage mats.
Na figura 2, o dispositivo de drenagem descrito é a inovação principal de todo o processo. A mistura de água / coque proveniente do pré-triturador é descarregada no tapete transportador metálico perfurado 2 através das aberturas 21 dispostas no alojamento exterior. 0 tapete transportador perfurado é colocado com uma ligeira inclinação, de modo a facilitar a descarga da água através da tremonha 24, enquanto o material drenado é descarregado da tremonha 23. Todo o tapete transportador está contido numa caixa de metal de modo a conter, quer o material drenado, quer a água.In figure 2, the drainage device described is the main innovation of the entire process. The water / coke mixture from the pre-crusher is discharged into the perforated metal conveyor belt 2 through the apertures 21 disposed in the outer housing. The perforated conveyor belt is placed with a slight slope so as to facilitate the discharge of water through the hopper 24 while the drained material is discharged from the hopper 23. The entire conveyor belt is contained in a metal carton so as to contain either the drained material, or water.
Com referência à figura 1, apenas o tapete transportador 2 não está equipado com uma placa de fecho na parte inferior, de modo a descarregar a água drenada para o canal de recolha 8 ao longo de todo o seu comprimento. 0 tapete transportador da figura 2 está equipado com um conjunto de dispositivos que garantem o seu funcionamento perfeito. A água drenada da parte superior do transportador é recolhida num canal intermédio ou calha 25 que, por sua vez, é transportada no canal de descarga 32. 0 tapete transportador 2 está equipado, na passagem inferior 34, com um conjunto de bicos 30 necessários para a limpeza do tapete e aptos para limpar os furos possivelmente colmatados pelos finos de coque. Outros bicos de limpeza 33, 31 são colocados no tambor de tracção 26 e no canal de descarga 32, respectivamente. 5Referring to Figure 1, only the conveyor belt 2 is not equipped with a catch plate at the bottom, so as to discharge the drained water to the collection channel 8 along its entire length. The conveyor belt of Figure 2 is equipped with a set of devices which ensure its perfect operation. The water drained from the top of the conveyor is collected in an intermediate channel or chute 25 which in turn is carried in the discharge channel 32. The conveyor belt 2 is equipped, in the lower passage 34, with a set of nozzles 30 required for the cleaning of the carpet and able to clean the holes possibly filled by coke fines. Other cleaning nozzles 33, 31 are placed on the traction drum 26 and the discharge channel 32, respectively. 5
Estes bicos são necessários para a remoção dos finos de coque que poderiam depositar-se na superfície. Por isso, alquns raspadores 27 e 28 são também proporcionados, quer no tambor de tracção 26, quer no tambor de tensão 22, respectivamente. Os ditos raspadores são proporcionados para a remoção do material. Outra medida usada para evitar a acumulação de material nos rolos do tapete transportador é o revestimento anti-aderente dos rolamentos de roletes e da passagem inferior. 0 tambor de tracção também é revestido com material anti-aderente de modo a evitar a acumulação de material e para aumentar o coeficiente de atrito entre o tambor e a rede em aço inoxidável que forma a estrutura de accionamento do tapete transportador. Outro dispositivo que faz parte do tapete transportador é o sistema de tensão hidráulico 29.These nozzles are necessary for the removal of coke fines that could deposit on the surface. Accordingly, further scrapers 27 and 28 are also provided in both the tension drum 26 and the tension drum 22, respectively. Said scrapers are provided for the removal of the material. Another measure used to prevent accumulation of material in the conveyor rollers is the anti-adherent coating of the roller bearings and the underpass. The traction drum is also coated with anti-adherent material so as to avoid accumulation of material and to increase the coefficient of friction between the drum and the stainless steel net forming the drive structure of the conveyor belt. Another device forming part of the conveyor belt is the hydraulic tensioning system 29.
As vantagens que são conseguidas graças a este sistema de processo inovador são: - redução do tempo de descarbonização com um aumento resultante na produtividade do sistema. A situação em que a coquefacção representa o processo crítico numa refinaria não é invulgar, colocando um limite através da sua criticalidade para a produção da própria refinaria. Assim, reduzindo o tempo do processo de coquefacção, nestes casos, consistiu uma perspectiva extremamente interessante. A duração da fase de descarbonização pode ser reduzida usando o processo inventado, porque existe, actualmente, um limite à quantidade horária de coque que pode ser descarregada da torre, devido à presença do triturador que funciona como um gargalo. Assim, a potencial acumulação de coque nos rolos do triturador deve evitar-se sempre que possível, porque se formam algumas 6 pontes sobre o triturador que mais tarde têm de ser removidas manualmente, com riscos consequentes para os operadores e uma redução do potencial da instalação. De modo a evitar estes inconvenientes, é assim preferível manter uma velocidade de trituração (para a torre de coquefacção através do furo de fluxo de água) muito inferior ao limite imposto pelo triturador. A substituição do triturador por um pré-triturador permite, nesta altura do processo, a eliminação do gargalo. De facto, uma vez que o coque não precisa de ser transportado hidraulicamente, já não é necessário usar um triturador com velocidades de redução elevadas. No caso desta aplicação do invento, é utilizado um pré triturador com velocidades de redução consideravelmente inferiores entre a granulometria de entrada e de saída, de modo a conseguir-se capacidades notáveis, sem inundações. Deste ponto de vista, teoricamente o tapete não tem limite, porque funciona como um extractor. eliminação da possível colmatação devido ao triturador. No processo proposto, o pré-triturador não representa um gargalo, e um possível deslizamento do material é eliminado sem esforço. eliminação de mais adição de água: actualmente, devido à necessidade de facilitar o fluxo de saída do coque, assim como devido ao facto do coque ser transportado hidraulicamente, uma quantidade adicional de água é adicionada ao coque que cai da torre (com cerca de duas partes de água para cada parte de coque) de modo a conseguir uma suspensão transportada que consista em cerca de 3:4 partes de água para 1 de coque. Isto torna a fase seguinte de drenagem do coque extremamente mais difícil. 7The advantages that are achieved thanks to this innovative process system are: - reduction of decarbonization time with a resulting increase in system productivity. The situation in which coking represents the critical process in a refinery is not uncommon, putting a limit through its criticality for the production of the refinery itself. Thus, reducing the time of the coking process in these cases consisted of an extremely interesting perspective. The duration of the decarbonising step can be reduced using the invented process because there is currently a limit to the hourly amount of coke that can be discharged from the tower due to the presence of the crusher acting as a bottleneck. Thus, the potential accumulation of coke in the crusher rollers should be avoided whenever possible because some 6 bridges on the crusher are formed which later have to be removed manually, with consequent risks for the operators and a reduction of the installation potential . In order to avoid these drawbacks, it is thus preferable to maintain a grinding speed (for the coking tower through the water flow hole) much less than the limit imposed by the grinder. The replacement of the crusher by a pre-crusher allows, at this point in time, the elimination of the bottleneck. In fact, since coke does not need to be transported hydraulically, it is no longer necessary to use a crusher with high reduction speeds. In the case of this application of the invention, a pre-crusher is used with considerably lower rates of reduction between the inlet and outlet granulometry so as to achieve remarkable capacities without flooding. From this point of view, theoretically the rug has no limit, because it functions as an extractor. elimination of possible clogging due to the crusher. In the proposed process, the pre-crusher does not represent a bottleneck, and a possible sliding of the material is effortlessly eliminated. elimination of more water addition: currently, due to the need to facilitate the outflow of coke, as well as due to the fact that the coke is transported hydraulically, an additional amount of water is added to the coke falling from the tower (with about two parts of water for each part of coke) in order to achieve a transported suspension consisting of about 3: 4 parts of water to 1 of coke. This makes the next stage of coke drainage extremely difficult. 7
No processo proposto, a água que tem de ser removida do coque é apenas a necessária para o corte do coque. Para além disso, a drenagem no tapete também fica facilitada pelo facto de, graças ao sistema inovativo, o coque ser instantaneamente drenado no tapete enquanto antes permanecia em contacto com a água durante muito mais tempo, uma vez que era transportado hidraulicamente, absorvendo assim mais água.In the proposed process, the water that has to be removed from the coke is only that necessary for the cutting of the coke. In addition, drainage on the carpet is also facilitated by the fact that, thanks to the innovative system, the coke is instantly drained on the carpet while previously it remained in contact with the water for much longer since it was transported hydraulically, thus absorbing more Water.
Eliminação dos "hydrobins": uma consequência do que foi dito nos parágrafos anteriores é a eliminação completa de toda a operação de drenagem que é feita nos "hydrobins", com a poupança resultantes na engenharia da instalação, assim como nos custos de operação e de manutenção (uma instalação dispendiosa e complexa seria totalmente eliminada).Elimination of " hydrobins ": a consequence of what has been said in the previous paragraphs is the complete elimination of the entire drainage operation that is done in " hydrobins ", with the resulting savings in plant engineering, as well as in operating costs and maintenance (an expensive and complex installation would be totally eliminated).
Lisboa, 13 de Janeiro de 2010. 8Lisbon, January 13, 2010. 8
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